Μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων (RTG) είναι μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί τη θερμότητα που παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση. Οι θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων δεν είναι πυρηνικοί αντιδραστήρες και δεν χρησιμοποιούν πυρηνική σχάση ή σύντηξη για ενέργεια, αν και εξακολουθούν να είναι εξαιρετικά ραδιενεργοί. Οι θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων χρησιμοποιούνται όταν άλλες πηγές ενέργειας είναι πολύ ακριβές ή μη πρακτικές, όπως σε διαστημόπλοια και αυτοματοποιημένους φάρους και συστήματα ραντάρ.
Μια θερμική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων περιέχει μια ποσότητα, συχνά αρκετές λίβρες (κιλά) ή περισσότερο, υψηλά ραδιενεργού υλικού. Το ραδιενεργό υλικό πρέπει να παράγει αρκετή θερμότητα για να παρέχει σημαντικές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. Ταυτόχρονα, δεν πρέπει να διασπάται τόσο γρήγορα ώστε η θερμική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων να είναι άχρηστη μετά από μερικά χρόνια. Το πλουτώνιο-238 είναι το πιο κοινό ισότοπο που χρησιμοποιείται για θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων, αν και το στρόντιο-90 και άλλα έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν. Το πλουτώνιο-238 είναι ακριβό στην παραγωγή, αλλά εκπέμπει ακτινοβολία άλφα χαμηλής διείσδυσης, η οποία είναι πολύ πιο εύκολο να προστατευτεί από την ακτινοβολία που παράγεται από άλλα ισότοπα.
Για να μετατρέψουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια, οι θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων χρησιμοποιούν θερμοστοιχεία, συσκευές ημιαγωγών που μπορούν να μετατρέψουν τις διαφορές στη θερμοκρασία απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αν και τα θερμοστοιχεία είναι ανθεκτικά και δεν έχουν κινούμενα μέρη, είναι πολύ αναποτελεσματικά, μετατρέποντας λιγότερο από το 10% της διαθέσιμης θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα θερμοστοιχεία σταδιακά υποβαθμίζονται με την πάροδο του χρόνου, προσθέτοντας τις απώλειες που προκαλούνται από την αργή αποσύνθεση του ραδιενεργού υλικού.
Οι θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων είναι πολύ ακριβές σε σύγκριση με άλλες πηγές ενέργειας, αλλά είναι χρήσιμες σε απομονωμένα συστήματα χωρίς άλλες παροχές ενέργειας, όπως διαπλανητικά σκάφη και μη επανδρωμένοι ραδιοφάροι. Μια θερμική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια για δεκαετίες, χωρίς καμία εξωτερική είσοδο ή εξωτερική συντήρηση, έως ότου το ραδιενεργό υλικό αποσυντεθεί ή τα ηλεκτρονικά στοιχεία αστοχήσουν. Η χρήση θερμικών γεννητριών ραδιοϊσοτόπων σε διαστημόπλοια όπως το Cassini έχει προκαλέσει πολλές περιβαλλοντικές ομάδες να διαμαρτυρηθούν για τη χρήση ραδιενεργού υλικού στο διάστημα. Εάν ο πύραυλος εκτόξευσης Cassini είχε αποτύχει, υπήρχε μια μικρή πιθανότητα ότι το πλουτώνιο θα μπορούσε να είχε απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα.